Запирающая рабочая лопатка для рабочего колеса первой ступени турбины и рабочее колесо первой ступени турбины
Изобретение относится к креплениям рабочей лопатки паровой турбины на роторе или рабочем колесе турбины. Рабочее колесо (38) турбины включает охватываемую конфигурацию (40) типа ласточкиного хвоста, проходящую по существу по всей внешней окружности рабочего колеса и прерванную вырезом (46), сформированным посредством удаления частей охватываемого крепления типа ласточкина хвоста в точке установки рабочих лопаток на внешней окружности рабочего колеса. Запирающая рабочая лопатка (36), приспособленная для установки на рабочее колесо, включает корневую часть (47), платформу (62) и аэродинамические поверхности (60), причем корневая часть (47) снабжена парой проходящих в радиальном направлении в сторону центра рабочего колеса, разнесенных в боковом направлении хвостовиков (48, 50), при этом каждый хвостовик снабжен парой выровненных в радиальном направлении отверстий (52, 54) для удерживающих штифтов, и отверстия для удерживающих штифтов расположены с радиально-внутренней стороны от охватываемой конфигурации типа ласточкина хвоста. Изобретение обеспечивает повышение прочности и производительности запирающей лопатки и рабочего колеса турбины. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Это изобретение относится к способу крепления последней рабочей лопатки паровой турбины (также называемой запирающей рабочей лопаткой) лопаточного венца на роторе или рабочем колесе турбины.
Предпосылки изобретения
Лопасти паровой турбины или рабочие лопатки часто предназначены для установки на рабочем колесе турбины в тангенциальном направлении. Рабочие лопатки, в типичном случае, прикрепляют к рабочему колесу турбины с использованием наружных кольцевых креплений типа ласточкина хвоста с охватываемой частью крепления типа ласточкина хвоста на внешней окружности рабочего колеса и сопрягаемым с ним охватывающим замком типа ласточкина хвоста в основании или корневой части рабочей лопатки. Для установки этих рабочих лопаток на рабочее колесо в периферийной части рабочего колеса выполняют вырез с локальным удалением охватываемых частей крепления типа ласточкина хвоста, оставляя в целом прямоугольную сердцевинную часть рабочего колеса. Затем каждую рабочую лопатку сначала помещают на сердцевинную часть рабочего колеса в вырезе и затем смещают в тангенциальном направлении по окружности колеса. Когда все рабочие лопатки установлены, используют запирающий блок, имеющий разнесенные в боковом направлении хвостовики, проходящие радиально в направлении центра колеса и приспособленные для охвата с двух сторон материала сердцевинной части рабочего колеса в вырезе. Запирающий блок закрепляют удерживающим штифтом, проходящим сквозь хвостовики и сердцевинную часть рабочего колеса. Таким образом, рабочие лопатки на рабочем колесе запираются на месте и предотвращается их движение по окружности вдоль крепления типа ласточкина хвоста (см., например, техническое решение, раскрытое в патенте США №3632228).
Рабочие лопатки передней или первой ступени турбины подвергаются воздействию высоких температур, превышающих 900°F. Ограничения, вызванные способностью материала выдерживать напряжение, означают, что в качестве запирающего блока может использоваться только легкий блок, не имеющий аэродинамических поверхностей, что вызывает снижение производительности. Поскольку запирающий блок не имеет аэродинамических поверхностей, существует разрыв в канале для потока пара, вредно влияющий на производительность. Причиной указанной выше невозможности нести аэродинамические поверхности на запирающем блоке является тот факт, что удерживающий штифт проходит сквозь материал сердцевинной части рабочего колеса в сильно напряженном районе рабочего колеса с креплением типа ласточкина хвоста. Таким образом, существует необходимость в получении запирающего блока первой ступени с монтажным или удерживающим приспособлением, которое обеспечивает достаточную прочность, допускающую включение в конструкцию блока составляющих с ней единое целое аэродинамических поверхностей, которые закрывают разрыв, таким образом, повышая производительность.
Краткое описание изобретения
Конструкция новой запирающей рабочей лопатки, соответствующей настоящему изобретению, имеет два более длинных хвостовика, которые посажены в увеличенный в радиальном направлении установочный вырез в рабочем колесе. Два ориентированных в осевом направлении штифта проходят сквозь хвостовики и оставшуюся сердцевинную часть рабочего колеса, но в радиальном направлении ближе к центру колеса, чем крепление типа ласточкина хвоста. Эта конструкция дает эффект расположения штифтов в районе рабочего колеса, где уровень напряжения снижен, что, таким образом, допускает добавление аэродинамических поверхностей в разрыве над запирающим блоком.
В более широком смысле, изобретение относится к запирающей рабочей лопатке для рабочего колеса первой ступени турбины, содержащей корневую часть, платформу и аэродинамические поверхности, причем корневая часть снабжена парой проходящих в радиальном направлении в сторону центра рабочего колеса и разнесенных в боковом направлении хвостовиков, расположенных на обеих сторонах корневой части, при этом каждый хвостовик снабжен парой выровненных в радиальном направлении отверстий для удерживающих штифтов.
Согласно другому аспекту изобретение относится к рабочему колесу турбины, имеющему охватываемую конфигурацию типа ласточкина хвоста, проходящую по существу по всей внешней окружности рабочего колеса и прерываемую вырезом, сформированным посредством удаления частей охватываемого крепления типа ласточкина хвоста в месте установки рабочих лопаток на внешнюю окружность рабочего колеса; и запирающую рабочую лопатку, содержащую корневую часть, платформу и аэродинамические поверхности, причем на корневой части сформирована пара проходящих в радиальном направлении в сторону центра рабочего колеса и разнесенных в боковом направлении хвостовиков, в каждом из которых сформирована пара выровненных в радиальном направлении отверстий для удерживающих штифтов, при этом отверстия для удерживающих штифтов расположены в радиальном направлении ближе к центру рабочего колеса, чем конфигурация типа ласточкина хвоста. Причем хвостовики определяют между собой выемку и приспособлены для охвата с двух сторон сердцевинной части рабочего колеса в вырезе.
Теперь изобретение будет описано более подробно в сочетании с описанными ниже чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает частичный вертикальный вид, показывающий обычный запирающий блок на рабочем колесе передней ступени турбины;
фиг.2 изображает частичный перспективный вид запирающей рабочей лопатки на рабочем колесе передней ступени турбины, соответствующей типичному варианту осуществления изобретения;
фиг.3 изображает вертикальный вид в разрезе охватываемого крепления типа ласточкина хвоста;
фиг.4 изображает частичный вертикальный вид сбоку запирающей рабочей лопатки, показанной на фиг.2.
Подробное описание изобретения
Как показано на фиг.1, типичный ротор или рабочее колесо 10 (показано частично) обычно включает охватываемую конфигурацию 12 типа ласточкина хвоста, сформированную вдоль внешней окружности рабочего колеса, с верхними и нижними выступами 14, 16 в осевом направлении (отступающими наружу от обеих сторон рабочего колеса). Рабочая лопатка 18, имеющая аэродинамические поверхности 20, платформу 22 и корневую часть или основание 24, показано установленным на рабочее колесо, и будет понятно, что это последняя из кольцевого венца рабочих лопаток, устанавливаемых на рабочее колесо. Запирающий блок 26 показан вставленным в вырез 28, сформированный посредством удаления выступов 14, 16 на противоположных сторонах крепления типа ласточкина хвоста. Пара хвостовиков (показан один под номером 30) охватывает с обеих сторон оставшуюся сердцевинную часть крепления типа ласточкина хвоста, и удерживающий штифт 32 установлен посредством прессовой посадки в совмещенные отверстия в сердцевинной части колеса и в хвостовиках 30. В связи с высокими напряжениями в районе расположения штифта 32, запирающий блок 26 не может нести аэродинамических поверхностей и, таким образом, остается незанятым нежелательное пространство 34.
На фиг.2-4 показана запирающая рабочая лопатка 36, соответствующая типичному примеру осуществления изобретения, которая установлена на место на рабочем колесе 37 турбины. Здесь также на внешней окружности рабочего колеса сформировано охватываемое крепление 40 типа ласточкина хвоста, включающее выступы 42, 44, которые входят в сопрягаемое охватывающее крепление 38 типа ласточкина хвоста. Запирающую рабочую лопатку 36 вставляют в вырез 46 после установки всех других рабочих лопаток в венец.
Вырез 46 в месте установки рабочих лопаток, в типичном варианте осуществления изобретения, глубже в радиальном направлении, чем формируемые в настоящее время вырезы (как вырез 28), и запирающая рабочая лопатка 36 снабжена корневой частью 47, которая включает удлиненные в радиальном направлении хвостовики 48, 50, каждый из которых снабжен парой выровненных в радиальном направлении отверстий 52, 54 (одна пара показана на хвостовике 50). Отверстия 52, 54 одного хвостовика также совмещены по оси с отверстиями в другом хвостовике. Благодаря увеличенной глубине выреза 46 и длине хвостовиков 48, 50 в радиальном направлении выровненные в радиальном направлении удерживающие штифты 56, 58, используемые для крепления запирающей рабочей лопатки 36, теперь проходят сквозь сердцевинную часть рабочего колеса 38 полностью с внутренней, в радиальном направлении, стороны от крепления 40 типа ласточкина хвоста, сформированного на внешней окружности рабочего колеса. Такое устройство обеспечивает необходимое увеличение прочности, что позволяет выполнять на запирающей рабочей лопатке составляющие с ней единое целое аэродинамические поверхности 60, расположенные радиально-снаружи от корневой части 47 и платформы 62 и, таким образом, заполняющие незаполненное прежде пространство (такое как обозначенное номером 34).
Хотя изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный вариант его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено описанным вариантом, а напротив, охватывает различные модификации и эквивалентные устройства, входящие в сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.
1. Запирающая рабочая лопатка (36) для рабочего колеса первой ступени турбины, содержащая корневую часть (47), платформу (62) и аэродинамические поверхности (60), причем корневая часть снабжена парой проходящих в радиальном направлении в сторону центра рабочего колеса, разнесенных в боковом направлении хвостовиков (48, 50), расположенных на обеих сторонах корневой части, при этом каждый из хвостовиков снабжен парой выровненных в радиальном направлении отверстий (52, 54) для удерживающих штифтов.
2. Запирающая рабочая лопатка по п.1, в которой пара выровненных в радиальном направлении отверстий (52, 54) для удерживающих штифтов одного хвостовика (48) выровнена по оси с парой выровненных в радиальном направлении отверстий для удерживающих штифтов другого хвостовика (50).
3. Запирающая рабочая лопатка по п.1, в которой хвостовики (48, 50) определяют между ними выемку, при этом хвостовики приспособлены для охвата с двух сторон сердцевинной части колеса в вырезе (46), сформированном в охватываемом креплении (40) типа ласточкина хвоста на рабочем колесе (38) турбины.
4. Рабочее колесо (38) турбины, содержащее охватываемое крепление (40) типа ласточкиного хвоста, сформированное по существу по всей внешней окружности рабочего колеса, прерванное вырезом (46), сформированным посредством удаления частей охватываемого крепления типа ласточкина хвоста в месте установки рабочих лопаток на внешней окружности рабочего колеса; и запирающую рабочую лопатку (36), содержащую корневую часть (47), платформу (62) и аэродинамические поверхности (60), при этом корневая часть (47) снабжена парой проходящих в радиальном направлении в сторону центра рабочего колеса, разнесенных в боковом направлении хвостовиков (48, 50), и каждый из указанных хвостовиков снабжен парой выровненных в радиальном направлении отверстий (52, 54) для удерживающих штифтов, причем указанные отверстия для удерживающих штифтов расположены с радиально-внутренней стороны от охватываемого крепления типа ласточкина хвоста.
5. Рабочее колесо турбины по п.4, в котором пара выровненных в радиальном направлении отверстий (52, 54) для удерживающих штифтов одного хвостовика (48) выровнена по оси с парой выровненных в радиальном направлении отверстий для удерживающих штифтов другого хвостовика (50).
6. Рабочее колесо турбины по п.4, в которой хвостовики (48, 50) определяют между собой выемку, при этом хвостовики приспособлены для охвата с двух сторон сердцевинной части рабочего колеса в вырезе (46).
7. Рабочее колесо турбины по п.5, в которой хвостовики (48, 50) определяют между собой выемку, при этом хвостовики приспособлены для охвата с двух сторон сердцевинной части рабочего колеса в указанном вырезе (46).
